题目内容
3.二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”.由合成气制备二甲醚的主要原理如下:①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-90.7kJ•mol-1
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ•mol-1
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H3=-41.2kJ•mol-1
回答下列问题:
(1)则反应3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=-246.1kJ•mol-1.
(2)下列措施中,能提高CH3OCH3产率的有AC(填字母).
A.使用过量的CO B.升高温度 C.增大压强
(3)反应③能提高CH3OCH3的产率,原因是反应消耗了H2O(g)有利于反应②正向移动;同时此反应生成了H2,有利于反应①正向移动.
(4)将合成气以$\frac{n({H}_{2})}{n(CO)}$=2通入1L的反应器中,一定条件下发生反应:
4H2(g)+2CO(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H,其CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图1所示,下列说法正确的是A(填字母).
A.△H<0 B.P1<P2<P3
C.若在P3和316℃时,起始n(H2)/n(CO)=3,则达到平衡时,CO转化率小于50%
(5)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn的合金),利用CO和H2制备二甲醚.观察图2回答问题.催化剂中$\frac{n(Mn)}{n(Cu)}$约为2.0时最有利于二甲醚的合成.
(6)图3为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图,a电极的电极反应式为CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+.
分析 (1)据盖斯定律由已知的热化学方程式乘以相应的数值进行加减,来构造目标热化学方程式,反应热也乘以相应的数值进行加减;
(2)提高CH3OCH3产率,改变条件应使平衡正向移动,结合平衡移动原理分析解答;
(3)反应消耗了H2O(g)有利于反应②正向移动;同时此反应生成了H2,有利于反应①正向移动;
(4)A.由图可知,压强一定时,随温度升高CO的转化率减小,说明升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应;
B.正反应为气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,CO的转化率增大;
C.增大氢气的用量,平衡正向移动,CO的转化率增大;
(5)CO的转化率最大,生成二甲醚的选择性最大时最好;
(6)由质子交换膜中氢离子移动方向可知,a为负极,b为正极,负极发生氧化反应,甲醚在负极失去电子生成二氧化碳与氢离子.
解答 解:(1)已知合成二甲醚的三步反应如下:
①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-90.7kJ•mol-1
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.5kJ•mol-1
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H3=-41.2kJ•mol-1
由盖斯定律可知,通过①×2+②+③可得所求反应方程式3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g),则△H=2△H1+△H2+△H3=-246.1KJ/mol,故答案为:-241.6;
(2)A.增大反应物的浓度平衡正移,所以使用过量的CO,能提高CH3OCH3产率,故A正确;
B.该反应为放热反应,升高温度平衡逆移,则CH3OCH3产率会降低,故B错误;
C.该反应正方向为体积减小的方向,所以增大压强平衡正移,能提高CH3OCH3产率,故C正确;
故答案为:AC;
(3)反应消耗了H2O(g)有利于反应②正向移动;同时此反应生成了H2,有利于反应①正向移动,故反应③能提高CH3OCH3的产率,
故答案为:反应消耗了H2O(g)有利于反应②正向移动;同时此反应生成了H2,有利于反应①正向移动;
(4)A.由图可知,压强一定时,随温度升高CO的转化率减小,说明升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应,故△H<0,故A正确;
B.正反应为气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,CO的转化率增大,所以P1>P2>P3,故B错误;
C.若在P3和316℃时,起始时$\frac{n({H}_{2})}{n(CO)}$=3,则增大了氢气的量,增大氢气的浓度,平衡正移,CO的转化率增大,所以CO转化率大于50%,故C错误;
故答案为:A;
(5)由图可知当催化剂中$\frac{n(Mn)}{n(Cu)}$约为2.0时,CO的转化率最大,生成二甲醚的最多,
故答案为:2.0;
(6)由质子交换膜中氢离子移动方向可知,a为负极,b为正极,负极发生氧化反应,甲醚在负极失去电子生成二氧化碳与氢离子,a电极的电极反应式为:CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+,
故答案为:CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+.
点评 本题考查化学平衡影响因素、化学平衡产生、化学平衡图象、盖斯定律应用、原电池等,题目涉及的知识点较多,综合性较强,(6)中注意根据示意图判断有氢离子生成,题目难中等.
| A. | 苯酚与甲醛在酸性条件下生成酚醛树脂的结构简式为 | |
| B. | (NH4)2SO4和CuSO4溶液都能使蛋白质沉淀析出,但沉淀原理不同 | |
| C. | 醋酸和硬脂酸互为同系物,C6H14和C9H20也一定互为同系物 | |
| D. | 淀粉水解实验:淀粉溶液中加入稀硫酸加热水解得水解液,再加入NaOH溶液得中和液,后加入新制Cu(OH)2悬浊液加热后有红色沉淀.结论:淀粉已水解 |
| A. | 还原性Cl->Fe2+ | B. | 熔点Al2O3>Al | ||
| C. | 稳定性Fe(OH)2>Fe(OH)3 | D. | 碱性Al(OH)3>NH3•H2O |
| A. | Cu2++2OH-═Cu(OH)2↓ CuCO3+2NaOH═Cu(OH)2↓+Na2CO3 | |
| B. | CO32-+2H+═CO2↑+H2O BaCO3+2HCl═BaCl2+CO2↑+H2O | |
| C. | Ca2++CO32-═CaCO3↓ Ca(NO3)2+Na2CO3═CaCO3↓+2NaNO3 | |
| D. | H++OH-═H2O Ba(OH)2+H2SO4═BaSO4↓+2H2O |
| A. | 金属钠存放于煤油中 | |
| B. | NaOH溶液盛放在带橡皮塞的试剂瓶中 | |
| C. | 新制的氯水保存在棕色玻璃试剂瓶中 | |
| D. | 漂白粉露置在空气中保存 |
| A. | 常温常压下,28 g N2所含有的原子数目为2NA | |
| B. | 室温下,22.4 L的 H2中所含分子数为NA | |
| C. | 标准状况下,1 mol H2O所占的体积约为22.4 L | |
| D. | 常温常压下,24 g Mg与足量的盐酸完全反应转移的电子数为NA |
| A. | 蔗糖 | B. | NaCl | C. | NaOH | D. | BaSO4 |